模式，无论是现在还是将来，都无法形成规模化和形成产业化。表1.3.1为2007年我国各种沼气工程数量及产气情况[17]。
类型 工业沼气工程 户用沼气池 农业小型沼气工程 农业大中型沼气工程 户（或处） 700 21740000 181197 8576 产气量（亿m3/方） 1.4 10.19 0.056 0.232 所占比例（%） 11.39% 85.79% 0.47% 1.95% 表1.3.1 2007年我国各类沼气工程数量及产气情况
名称 运行数量（处） 平均每处容积（m3/处） 年产气量（万m3） 平均每处日产气量（m3） 容积产气率（m3/m32d） 沼气发电装机容量（MW） 沼气发电量（GWh） 发电沼气占总沼气产量的比例（%） 中国 3356 283 2298.5 177 0.2~0.5 6.69 8.73 2.5 德国 2680 1000 130280 1322 1.0~1.5 6.50 55.64 98.5 表1.3.2 2010中国与德国大中型沼气工程运行情况对比
由表1.3.2可以看出，我国处理农业废弃物的大中型沼气工程数量是德国的1.33 倍，但平均每处日产气量却只有德国的13.39%，沼气年总产量只有德国的17.6%。这主要是由于我国处理农业废弃物的沼气工程平均装置容积只有 283m3/处，其容积产气率0.2~0.5m3/m32d，仅为德国沼气工程平均装置容积的 28.3%，容积产气率的 20%~33%。因此，要实现沼气产业化，大规模工业化生产是前提，产业化就意味着先必须实现工业化生产。只有实现工业化生产，配套的发酵工艺、发酵装置、输配气设备以及沼气的燃烧设备等技术水平才能
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得到整体提升，其工程整体运行效率也才能得到整体提高，也才有利于实现沼气集中供气、沼气发电并网、沼气汽车燃料等产业化运作模式。
（2）产业配套法规、政策不完善，市场机制不健全
我国沼气工程建设主要是以政府补贴拉动及环保要求引导建设，市场流程并没有完全打通。长期以来，沼气产业发展没有明确的市场信号，虽然国家政府对其发展给予了一定的支持，但由于没有建立起强制性的市场保障政策，无法形成稳定的市场需求，沼气产业的发展缺乏持续的市场拉动。国家引导的沼气发电上网也因入网困难而难以大面积推广，致使很多沼气工程建成之日也是项目停产之日，导致国家及政府大量的资金和资源浪费，更谈不上经济效益和社会、生态效益，与原有意愿相差甚远。更有甚者，一些部门及企业借上沼气工程之名套取国家补贴，粗制滥造设备赚钱，严重扰乱了产业市场的发展。
相比之下，德国沼气补贴政策全面，不仅对原料有补贴，对产品如发电和管道输运天然气都有补贴，而且对采用新的厌氧发酵技术和净化、纯化技术也有相应补贴。以公平、全面的原则对整个沼气产业进行审视，关注到每个发展节点，并大力推动项目的进行。整套法规和政策全面而且是闭合的，国家政府对沼气的补贴资金最终来源于终端用户，由国家立法，要求用户必须消费一定比例的可再生能源，使政府的法律政策可执行可持续。 由此，我国已经规划在“十二五”期间，重点探索对沼气工程发电上网、热能回收、提纯灌装、沼肥利用等开展补贴，引入清洁发展机制，统筹沼气工程环境治理、能源利用、肥料生产等多重目标，实现沼气产业的可持续发展。
（3）产业关键技术和装备水平相对较低
德国沼气产业关键艺术和装备的领先是其沼气产业快速发展的一个重要因素。德国沼气工程的产气率和设备利用率均较高。例如发酵罐搅拌电机，同等规模的沼气工程德国只需8KWh，而我国的设计高达100KWh，运行能耗差距悬殊。再如换热设备，德国瑞士厂家能将18℃的余热回收到16℃，只有2℃的温差，而我国的设计一般要达到 50℃的温差，设备制造和设计理念差距悬殊。此外，沼气净化纯化生产天然气工艺，德国可将净化纯化的压缩机余热回收用于发酵罐的加热，而我国目前还难以达到该水平，一般是另设加热源加热。德国的净化纯化技术已经形成水洗、PSA（Pressure Swing Adsorption）和胺洗等三个系列成套技术，技术先进成熟，而我国才刚刚起步。且由于我国沼气工
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程规模偏小，即使引进国外的水洗、PSA 和胺洗也会遇到问题，难以达到德国本地的技术指标，需要进一步的引进消化吸收以及改进。
综上所述，我国沼气产业的发展，必须要从现在的主要局限于农村户用，逐步向工业化生产和工业化应用的方向转变。通过相关扶持政策，探索适合我国沼气产业发展的产业链，走市场化的道路，按照市场规律运作，使沼气的综合效益得以利润体现，才能开辟出新的沼气产业化途径。
1.4 实验研究目的，技术路线
我国目前的农作物发酵制沼气技术与发达国家相比,起步较晚,大型项目的运行经验相对较少。由于我国幅员辽阔,不同地域的农作物资源种类不同,其物理和化学性质也有较大的差别,加之我国不同地区年平均气温差别较大,使我国农作物厌氧发酵制备沼气的大型项目难有统一的设计参数标准。对于不同的大型沼气项目,必须结合项目实际的农作物种类和物性、气候条件、供热条件、沼液和沼渔的消纳和后续处理工艺、农作物的价格和最大运输半径、原料的储存和供料方式、发电机组的选型等因素进行综合考虑,才能使项目实施后获得最佳的经济和社会效益。
根据我国农作物制备沼气技术的应用现状,结合本文研究的农作物制备沼气项目实际案例,本文的研究目的为:;研究发酵原料的物理化学性质和产气率,提出合理估算农作物（主要是黄瓜藤）和粒径的方法,为项目实例提供工艺选择、系统设计和经济性计算提供可靠依据。
为了实现上述目的,本文研究内容主要集中如下几个方面:
（1）研究农作物破碎预处理的特点,为合理计算破碎预处理能耗提供计算方法。
（2）研究了黄瓜藤的鲜活度对发酵产气量和产气速率等因素的影响。 （3）不同投配率对发酵产气量和产气速率等因素的影响；为了厌氧发酵反应的持续反应，同时还研究不同投配率对于pH值的影响。
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1.5 论文章节安排
本论文共包括六章内容。
第一章介绍课题的研究背景，国内能源消费和可再生能源利用现状，以及课题的主要研究内容和意义。
第二章厌氧发酵反应制备沼气的基本原理和影响参数。
第三章阐述农作物的破碎原理，从中说明粒度与能耗间的关系，并且从能耗的角度分析不同粒度的颗粒的耗能情况。
第四章针对需要采用实验方法对各个因素进行研究，确定实验的数据测量的方法以及实验进行过程中需要的注意事项，防止实验失败。
第五章实验采用定制CSTR厌氧反应器对黄瓜藤在中温条件下进行厌氧消化反应实验，研究系统的稳定性能和产气性能。
第六章作出对课题的总结和展望，总结本课题的研究成果，并提出不足之处和以后还需进一步研究的方向。
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第二章 厌氧发酵原理及其工艺
农作物作为发酵原料，用来制备沼气是生物质厌氧发酵的一种。如本文第一章所述,生物质发酵根据发酵过程中是否存在氧气,可分为好氧发酵和厌氧发酵。好氧发酵的主产品是有机肥,厌氧发酵的主产品可以是有机肥或沼气。如果生物质厌氧发酵的主产品是沼气,则称为生物质发酵制备沼气。
2.1有机物厌氧降解基本过程
厌氧处理过程是由多种微生物共同作用完成的,微生物将有机大分子化合物通过转化成了CH4、C02、H2O、H2S和氨等物质。在厌氧发酵过程中,微生物相互间影响、相互间约束，微生物之间共同组成一个生态系统。从上世纪70年代中起,研究者们就对厌氧消化技术进行了广泛的研宄并取得了很多成果。厌氧生物降解基本过程如图2-1所示[18]。
1.发酵菌；2.产氢产乙酸细菌；3.同型产乙酸细菌；
4.利用H2和CO2甲烷细菌；5.分解乙酸的产甲烷细菌
图2-1 大分子有机物的厌氧降解过程 一、水解阶段
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